Automatischer Test von Power-Management-Komponenten

Modular, flexibel und hoch parallel Wolfgang Bergdolt, Advantest (Europe), München

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Der Erfolg eines mobilen Gerätes wie MP3-Player oder Telefon hängt erheblich von der Betriebszeit ab. Bei kontinuierlicher Zunahme von Leistungsfähigkeit und damit des Stromverbrauchs der Geräte ist es wichtig, die vorhandene Energie effizient einzusetzen. Dieser Bereich, „Power Management“, wird heute von speziellen ICs mit einer Kombination aus Audio-, Logik- und Spannungsregler-Funktionen abgedeckt. Eine Kombination, die besondere Anforderungen an das Test System stellt. Advantest stellt mit dem Halbleiter-Testsystem T2000LS und einer neuen Serie von Test-Modulen eine effektive und kostengünstige Lösung für Wafer- und Packagetest bereit.
Einsatzbereiche für Power-Management-Komponenten sind in der Regel mobile Geräte wie Pager, MP3-Player oder Smart Phones, welche eine Vielzahl von Komponenten mit unterschiedlichsten Anforderungen an die Spannungsversorgung beinhalten. CPUs im Mobile Bereich erwarten zum Beispiel Spannungen um 1.2 V, RF-Tranceiver und andere analoge Bauteile benötigen um 2.5 V. Auch der Stromverbrauch ist unterschiedlich und kann für eine CPU 600 mA erreichen, während eine Spannungsversorgung für eine Real-Time-Clock unter 10 mA verbraucht. Durch die Miniaturisierung der Geräte ist es nötig, die Anzahl der Komponenten soweit wie möglich zu reduzieren. Power-Management-Bauteile helfen hier, indem sie verschiedenste Regler in einem Gehäuse vereinen. Es finden sich LDO (Low drop out), Buck- sowie Boost-Konverter, welche allesamt über diverse Power-Down-Modi-Ressourcen schonend gesteuert werden. Als zusätzliche Features verfügen sie je nach Bauteiltyp noch über Audio-Verstärker, Multiplexer, ADC und DAC für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche die vom einfachen Messen der Batterietemperatur bis zum 18-Bit-Audio-DAC reichen.
Anhand dieser Funktionsvielfalt lassen sich für den Test drei Disziplinen umreißen:
  • DC-Test der Reglerausgänge
  • Mixed-Signal-Test der Audiokomponenten und anderer AD/DA- Konverter
  • Funktionale Tests des Chips
Um diesen Mix sicher, effektiv und kostengünstig zu testen, wird ein modulares, frei konfigurierbares System wie die T2000LS gebraucht. Der Nutzer kann aus einem Pool von Modulen die Ressourcen wählen, die er für den Test des jeweiligen Bauteiltyps oder der Gruppe benötigt. Damit werden überzählige oder von der Performance unpassende Ressourcen vermieden. Für spezielle Anwendungen gibt es zusätzlich die Möglichkeit, – da es sich bei dieser Serie um eine offene Architektur handelt – eigens für den Kunden entwickelte Hardware in den Tester zu integrieren. All diese Möglichkeiten führen zu einer sehr schlanken Test-Lösung, die genau auf die Baustein Performance abgestimmt ist.
Für den DC-Test der Reglerausgänge bietet sich das Modul PMU32 an, da die Spezifikation dieser Ausgänge meist nicht mehr mit Standard-DC-Messinstrumenten getestet werden kann. Ein PMU32-Modul stellt 32 Vier-Quadrantenquellen zur Verfügung. Es können Spannungen von +/- 40 V und Ströme von +/- 200 mA bereitgestellt werden. Diese Eckdaten passen nahezu ideal für Tests an LDOs oder an anderen Reglern, welche meist bei Lastströmen unter 200 mA getestet werden. Für Reglerausgänge mit einer höheren Leistung, können bis zu vier Kanäle gekoppelt werden, was Ströme von bis zu +/- 800 mA erlaubt. Jede dieser Quellen ist mit einem Signal Generator für ADC- sowie einem Digitizer für DAC-Tests ausgestattet. Dadurch können mehrere aufeinander folgende Messungen mit einem Digitizer synchron zum digitalen Pattern geprüft werden. Beide Instrumente haben eine Auflösung von 16 Bit und eine maximale Sampling-Rate von 200 ksps. Zusätzlich können eventuell vorhandene AD/DA-Konverter für Linearitätsmessungen von jedem PMU32-Kanal mit den benötigten Spannungen versorgt werden. Durch die Anzahl von 32 Kanälen auf einem PMU32-Modul und damit pro Wandler-Kanal verfügbaren Ressourcen, gelingt es mit dem Testsystem eine sehr hohe Effizienz im parallelen Test von Konvertern zu erreichen.
Die Audiokomponenten, welche in der Regel dynamisch auf Parameter wie THD, SNR, Gain, usw. geprüft werden, können ebenfalls mit einer hohen Parallelität getestet werden, da die neuen Analogmodule (Audio und Baseband) des Unternehmens auf einem Modul acht unabhängige Generatoren sowie acht Digitizer vereinen. Beide Einheiten zeichnen sich durch einen hohen dynamischen Bereich und geringe THD aus. Der Generator verfügt über einen Speicher für Signale, die mit einer Sampling-Rate von 190 ksps bei einer Genauigkeit von 24 Bit ausgegeben werden. Der Digitizer unterstützt Sampling-Rates von 820 ksps mit einer Auflösung von 18 Bit. Alle Ausgänge sind differenziell ausgeführt. Um Datentransferzeiten zu minimieren, verfügt das Modul über verschiedene DSP-Filter und ist über den 1 Gbps schnellen optischen OpenStar-Bus an den Tester-Controller angebunden.
Zur Kontrolle der digitalen Eingänge des Devices bietet sich neben 800 MDM- und 500 MDM- besonders das 250 MDMA-Digital-Modul an. Die Zahl 250 in der Modulbezeichnung steht im Unternehmen für die maximale Datenrate des Moduls, hier 250 Mbps. Neben den digitalen Kanälen, die alle als I/O ausgeführt sind, finden sich auf dem 250 MDMA noch Board- und „Per Pin“-PMU sowie Match-Funktionen und Vpp-Pins. Bei Vpp-Pins handelt es sich um digitale Pins, die eine wesentlich erhöhte Ausgangsspannung für den Test von Embedded-Flash bereitstellen. Bei der Entwicklung der genannten Module hat Advantest besonderes Augenmerk auf die hohe Anzahl der Kanäle pro Modul gerichtet. Bei allen drei Modulen wurden 128 I/O-Kanäle pro Modul erreicht, was selbst bei Bauteilen, die eine höhere Zahl von Digitalpins benötigen, zu einer recht hohen Parallelität führt.
Da neben den Testkosten die Testprogrammentwicklung ein wichtiger Faktor ist, steht ein komplettes Framework zur Verfügung. Es reicht vom einfachen Konverter über TestClass-Wizard und eine Vielzahl von Debug-Werkzeugen bis zur Yield-Learning-Software und deckt so den gesamten Entwicklungsprozess ab. Zum Debuggen des Testprogramms und Testen von Samples wurde eine zur T2000LS kompatible Engineeringstation (T2000GS) entwickelt. Diese kann Standardmodule aufnehmen und ist damit in der Lage, sämtliche Tests wie auf einem Produktionssystem bei niedrigem Preis und geringem Platzbedarf durchzuführen.
Durch die hohe Funktionsdichte der Module und die Möglichkeit, diese frei, in beliebiger Anzahl in einem 26- oder 52-Slot-Testkopf anzuordnen, gelingt es 8 oder 16 Bauteile parallel zu testen. Es werden exakt passende Module, sowohl in der Anzahl der Ressourcen, als auch von Seiten der Testspezifikation gewählt. Dies führt zu einer idealen Konfiguration für den jeweiligen Baustein oder die Bausteingruppe. Mit dem Halbleiter-Testsystem erhält der Anwender eine preisgünstige Testlösung, die durch das T2000/Openstar-Konzept zukunftssicher ist.
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